Aula 5: Primeiros passos para a prototipagem eletrônica

Já vimos nas primeiras aulas as entradas e saídas da Raspberry Pi como USB, HDMI entre outros. Nesta aula iremos ver o funcionamento e a utilidade dos 40 pinos da placa.

GPIO Raspberry Pi

Os pinos são utilizados em conexões eletrônicas e cada um deles tem uma função diferente. Alguns deles podem exercer mais de um papel, dependendo do programa que a placa está executando. Essas funções podem ser:

Alimentação: São utilizados para fornecer energia aos circuitos. Esses pinos funcionam como uma fonte de tensão, podendo ser 5 V ou 3,3 V.

Terra (ground): É a referência dos circuitos, 0 V.  O tipo de pino mais utilizado, pois todo o circuito precisa de uma referência.

GPIO: São as entradas e saídas digitais. Os pinos podem ser programados como entrada, verificando se a tensão está em nível alto (3,3 V) ou baixo (0 V);  ou como saída, sendo programados para ficar em nível alto ou baixo.

Comunicação: São utilizados na comunicação da placa com outros componentes. Os protocolos disponíveis na placa são I²C, SPI e serial. Os pinos de comunicação também pode ser usados como GPIO.

Conexão com a EEPROM: É utilizado por usuários mais avançados na comunicação com uma EPROM. Não recomendamos que utilize esses pinos no momento.

Esses pinos são dispostos pela placa, é interessante observar onde está o pino que você deseja utilizar antes de fazer as ligações. Ao localizar a posição deles na placa, é necessário se guiar por um mapa dos pinos, como o da imagem abaixo. Também é possível ver uma imagem dos pinos utilizando o comando “pinout” no terminal Linux.

Mapa GPIO Raspberry Pi

Utilizando o GPIO

Ao utilizar os pinos de GPIO, é interessante compreender um pouco como funciona um circuito. Um circuito elétrico basicamente é um laço onde circula energia elétrica, fazendo com que cada componente funcione. É importante ressaltar que em um laço fechado, a energia elétrica percorre um caminho fechado, passando por todos os componentes até retornar de onde a energia veio.

No programa que a placa está executando é definido se um pino de GPIO atuará como entrada ou saída. Quando usado como saída, o pino de GPIO se comporta como uma fonte de energia do circuito. Ele vai energizar ou desenergizar o circuito conforme a programação que foi feita. Quando está energizado, o pino de GPIO fornece a tensão de 3,3 V ao circuito. Quando está desenergizado, o pino se comporta como um pino de terra, com uma tensão igual a 0 V.

Um exemplo que ilustra esse conceito, é o circuito utilizado ao acender um LED (do inglês, Light Emitting Diode), que funciona basicamente como uma pequena lâmpada que consome pouca energia. Quando o pino de saída está em alto (3,3 V) ele liga a fonte de energia do circuito, acendendo o LED, quando desliga, o LED apaga.

Circuito eletrônico

Quando um GPIO é configurado como entrada, este é incapaz de fornecer energia ao circuito. Nesses casos, algum pino de alimentação deve ser utilizado como fonte de energia. É necessário que pelo menos um pino de terra também esteja presente no circuito.

Conectando os componentes

Ao montar os circuitos utilizados nas próximas aulas, você vai precisar se guiar pela posição do pino na placa e pelo esquema de ligação que será fornecido. Para conectar os componentes indicados à placa, serão utilizados a protoboard e os jumpers.

Protoboard

A protoboard é um componente utilizado em quase todos os projetos de eletrônica. É sobre ela que se faz a montagem dos circuitos eletrônicos, ação também conhecida como prototipagem. Ela possui vários furos, onde você pode encaixar os pinos dos componentes ou mesmo um fio diretamente. Ela apresenta uma lógica de conexão entre os furos que, depois que você entende, a montagem dos seus projetos fica bem intuitiva.

Protoboard

Com a protoboard podemos experimentar a montagem de diversos tipos de combinações de componentes eletrônicos e circuitos sem a necessidade de conectá-los permanentemente. Caso haja a necessidade de trocar um componente de posição ou mesmo substituí-lo, isso pode ser feito de maneira muito rápida e fácil.

Na protoboard existem duas colunas, cada coluna possui 5 furos e esses estão interligados entre si como mostrado nas linhas cinzas. Uma coluna não possui conexão interna com a coluna ao lado. Os blocos X e Y não são interligados entre si, sendo separados por uma cavidade central.

Pinos da Protoboard

Nos nossos projetos vamos sugerir as montagens através de um esquemas de ligação. Mas se você mantiver as mesmas conexões e respeitar a lógica da protoboard, pode montar o projeto em qualquer lugar dela.

Jumpers macho-fêmea

Jumper é o fio que liga os vários componentes de um circuito. Você pode ligá-los na protoboard, na placa ou mesmo direto no componente. Para ajudar na organização do seu circuito os jumpers vêm em diversas cores. No entanto, o funcionamento dos mesmos é independente da cor, ou seja, todas as cores funcionam da mesma maneira.

Jumpers

Nos esquemas de montagens de circuitos eletrônicos, os jumpers são representados apenas como traços coloridos, que ligam os componentes. Repare que para fazer as conexões um lado do jumper tem um pino, que encaixa na protoboard, e o outro lado tem um furo, que encaixa nos pinos da Raspberry Pi.